Энциклопедия PC

2.4. Периферийныеустройства 47

были черно-белыми; затем появились полутоновые, способные передавать градации серого цвета. Современные сканеры практически все цветные, имеют оптическое разрешение до 1200(по горизонтали) х 2400(по вертикали) dpi и внутреннюю разрядность 24-42 бит на точку. При этом они могут генерировать поток интерполированных данныхсразрешениемдо19 200 dpi иразрядностьюдо48 бит, но это уже вторичные параметры (такую же интерполяцию может выполнять и прикладная программа, при этом объем передаваемых данных будет меньшим). Планшетные сканеры также являются высокоточными (в смысле геометрии) устройствами ввода; дорогие сканеры обеспечивают и точную цветопередачу. Более дешевые сканеры — ручные, в них отсутствует стол и привод. Пользователь прокатывает считывающий блок по изображению; при этом точностьввода, естественно, страдает. Сканеры-ручкипредназначеныдляпострочного вводатекста.

Сканеры подключаются через порт LPT, шину SCSI или USB. Поскольку в цветном режиме с высоким разрешением сканер передает очень большой объем данных, скорость обмена данных для него существенна. LPT-порт для сканера желательно использовать в режиме ЕСР (см. п. 9.4.3), стандартный LPT-порт на вводработаетслишкоммедленно.

Графическое изображение текста, введенное со сканера, может быть преобразовано в символьный формат с помощью программ распознавания текста OCR (Optical Character Recognizer). Современные программы на современных компьютерах позволяют выполнять эти преобразования быстро и довольно верно, автоматически выделяя текст в возможном окружении графических рисунков, выявляя таблицы и другие элементы оформления. Символьное хранение текстов гораздо компактнее и информативнее графического. Текст может распознаваться при разном начертании букв, вплоть до рукописных, но для этого программа распознавания должна быть достаточно совершенна и самообучаема. Еще несколько лет назад ввод текста гораздо быстрее и качественнее выполняла квалифицированная машинистка, но сейчас ситуация уже иная. Недавно появились сканерыручки, которые сами выполняют распознавание текста, и введенный текст до передачи в компьютер могут хранить во внутренней флэш-памяти. Есть и универсальные «ручки», позволяющие вводить текст не только сканированием, но и тот, который пользователь пишет этой ручкой; кроме того, возможен ввод фотоизображений и даже видео, правда, с невысокой частотой смены кадров. Эти ручкисвязываются скомпьютером побеспроводной связиBluetooth.

К сканерам относятся и устройства считывания штрих-кодов. Поскольку выходные данные — не очень длинный набор цифр, для подключения этих устройств может использоваться обычный СОМ-порт. Применение модема позволяет при необходимости значительно отдалить сканер от компьютера.

Мультимедийные устройства — это устройства общения компьютера с человеком через разные среды (multi media — множество сред). Поскольку основная информация воспринимается зрительно, главным устройством вывода является дисплей. Кроме текста и графики на дисплей мультимедийного компьютера может выводиться видеоизображение — воспроизводиться видеозапись (с CD и DVD), приниматься поток видеоданных по сети (видеоконференц-связь), вое-

48 Глава2. Устройствоперсональногокомпьютера

производиться «живое» видео от внешних источников сигнала (камеры, телеприемника, видеомагнитофона). Для этого от дисплея дополнительных способностей (кроме общего качества) практически не требуется. Воспроизводить поток сжатых видеоданных (для проигрывания фильмов и телеконференций) может практически любой дисплейный адаптер современного компьютера, но дополнительные аппаратные средства ускорения декодирования и масштабирования позволят улучшить качество при снижении загрузки центрального процессора. Для работы с источниками видеосигнала требуются специальные аппаратные средства (видеобластер), позволяющие выводить видео в окно экрана, захватывать отдельные кадры для сохранения и обработки и даже захватывать поток кадров «живого» видео. Для компьютеров выпускают карты телевизионных приемников (тюнеров), способных принимать телепрограммы одного или нескольких стандартов вещания. Тюнер может входить и в состав графической карты — такой «комбайн» приобретает богатые функциональные возможности. Например, можно выводить в отдельные окошки сигналы нескольких каналов (правда, не полнодвижущиеся, поскольку приемник один и его можно лишь переключать с канала на канал, запоминая картинку). Полезным свойством графической карты является выход на телевизионный приемник (монитор) — с его помощью можно выводить изображение на большой экран и даже на несколько экранов, что удобно на презентациях и тому подобных мероприятиях. К графическому адаптеру могут подключаться и специальные проекционные аппараты, выводящие изображение на большой экран. Относящаяся к видео часть мультимедийного компьютера рассмотренавглаве8.

Неотъемлемой частью мультимедийного компьютера является аудиосистема (см. главу 11), которая может быть картой расширения (звуковая карта ISA или PCI) или встраиваться в системную плату (интегрированный звук). Современные звуковые карты имеют аудиокодек — средство цифровой записи и воспроизведения аудиосигналов, обеспечивающее качество на уровне аудио-CD

ивыше. Кодек позволяет озвучивать приложения (звук в играх), проигрывать звуковые файлы различными форматами данных, записывать (оцифровывать) внешние аудиосигналы (можно, например, переписывать грампластинки в цифровой формат), организовывать голосовую связь по сети и выполнять ряд других операций. Кодек совместно с программными средствами позволяет синтезировать и распознавать речь. Текст (например, из файла) может проговариваться компьютером, причем «диктором» можно управлять — подобрать приятный голос, темп, попросить подождать и повторить и т. п. Распознавание речи позволяет подавать команды голосом. Очень эффективен компьютер для обучения языкам. Звукавая карта обычно имеет и синтезатор, с помощью которого можно проигрывать MIDI-файлы, исполнять MIDI-команды с внешнего порта

ипросто играть на клавиатуре (обычной компьютерной или виртуальной, нарисованной на экране). Звуковая карта имеет микшер, позволяющий смешивать сигналы от разных источников — от кодека, микрофона, аудиовыхода привода CD/DVD, линейного входа, синтезатора. К карте подключают стереонаушники, колонки, внешние усилители с акустическими системами. При этомможноиспользоватьсхемырасположенияакустикиотобычнойстерео-

2.4. Периферийныеустройства 49

фонической (конечно, и моно) до объемной, вплоть до б-колоночной схемы Dolby Digital АС-3. Внешние интерфейсы аудиосистемы постепенно мигрируют от традиционных аналоговых к цифровым. Аудиосистема ПК может обходиться и без специальных аппаратных средств — звуковые устройства (микрофон, акустические системы) подключаются к компьютеру по шине USB или Fire Wire, а все операции с цифровыми аудиоданными выполняются чисто программно — современные компьютеры наэтоужевполне способны.

Для мультимедийных применений требуются средства хранения данных, которыми, как правило, являются приводы CD/DVD. Хранить мультимедийные данные только на винчестере слишком накладно — даже сжатые данные, особенно видео, занимают много места. Исключение составляют разве что MIDI-фай-лы — этот формат позволяет небольшое музыкальное (но чисто инструментальное!) произведениеуместитьнаобычнойдискете.

Итак, мультимедийный компьютер должен иметь как минимум графический адаптер, звуковую карту (или интегрированный звук) и привод CD/DVD. Кроме этого минимума возможны игровые «излишества». С самого своего появления персональные компьютеры ориентируются на игры, что в первую очередь отражается на стремительном прогрессе графических средств. На данном этапе «игровой» ПК должен иметь графический адаптер с ЗО-ускорителем — современные игры на простых картах если и работают, то не так эффектно. Кроме трехмерного изображения игры производят и «трехмерный» звук, правда, не так убедительно, как графику. Для трехмерного звука в аудиосистему добавляют специальные средства, программные и аппаратные. К изображению и звуку для игр требуются и более «объемные» средства ввода. С первых моделей PC к ним можно подключить джойстик или иное устройство аналогового ввода, для чего предназначен игровой порт (GAME-порт, см. п. 9.5). Эти устройства (например, руль и педали автомобиля) создают у игрока реальные ощущения управления каким-либо игровым объектом. С помощью этих устройств «играют» и в серьезные игры — компьютер легко превратить в тренажер для обучения вождению автомобиля или самолета. Для большего реализма в эти устройства можно вводить и сигналы обратной связи, позволяющие физически (тактильно) прочувствовать поведение объекта в разных ситуациях. Современные игровые манипуляторы, особенно с механическойобратнойсвязью, подключаюткшинеUSB.

И, наконец, для полного отрыва от реальной действительности появились очки и шлемы виртуальной реальности — комбинированные аудиовидеосистемы. В отличие от обычного монитора, эти очки и шлемы выводят изображения раздельно для каждого глаза, что обеспечивает объемное восприятие трехмерного изображения. Изображение формируется малогабаритными жидкокристаллическими дисплеями. Шлем подключается к выходу графического адаптера, который программно заставляют выводить поочередно изображения для левого и правого глаза, а также к аудиовыходу. Существуют и более простые средства стереоскопического зрения — очки с оптическими затворами, поочередно открываемыми синхронно со сменой кадров графического адаптера. Через эти очки смотрят на обычный дисплей, который опять-таки выводит чередующиеся кадры. Такие очки, хоть и дают объемное восприятие, сильно утомляют глаза.

50 Глава2. Устройствоперсональногокомпьютера

Коммуникационные устройства позволяют связывать компьютеры между собой и с «внешним миром» — например, сетью Интернет. К коммуникационным устройствам относятся модемы и адаптеры локальных сетей. Модем позволяет связываться с другими компьютерам и сетями по телефонной сети общего пользования или по специальным выделенным линиям. Модем в ПК может выполнять множество функций: пересылку данных (в том числе и получение всех услуг Интернета, включая Интернет-телефонию и видеосвязь), прием и передачу факсов, автоответчик, телефонный секретарь и др. Модемы устанавливаются в слоты расширения (ISA, PCI, PC-Card) или подключаются внешне, как правило, к СОМпортам или шине USB. Адаптеры локальных сетей позволяют обмениваться данными с гораздо более высокими скоростями, но на меньшие расстояния (в пределах здания). Локальные сети используют для совместного доступа нескольких ПК к общей периферии (принтеры, плоттеры, устройства хранения данных) и обеспечения связи для клиент-серверных приложений. Более подробные сведения о сетях приведены в книге [5], а в главе 10 рассматриваются вопросы телекоммуникаций, непосредственно связанные ссамимкомпьютером.

Электронные ключи — устройства, с помощью которых возможно ограничение незаконного распространения (тиражирования) ПО. Разработчики ПО, отстаивая свои законные права на получение вознаграждения за свой труд, предпринимают ряд мер, препятствующих бесконтрольному тиражированию их продукции. Эти меры могут быть как организационными (необходимость ввода ключа — последовательности символов, который можно получить «только» у законного продавца, требование соблюдения лицензионных соглашений и т. п.), так и техническими. Несостоятельность организационных мер пояснять не требуется. Технические меры могут быть двоякими — защита от копирования или применение электронных ключей. Как известно, любую защиту от копирования (будь то нестандартный формат ключевой дискеты или CD-ROM) можно «расколоть», поскольку она проверяется и создается теми же самыми программными средствами, которые доступны и взломщику. Электронные ключи представляют собой устройства, без подключения которых к компьютеру защищаемое приложение работать не будет. Конечно, и здесь возможен взлом, но его вероятность зависит от сложностиключаисистемыпривязки. Первые системыбылидовольно простыми, и зачастую в приложении можно было найти и «выкусить» кусок кода, проверяющего присутствие ключа (так, например, «ломали» пакет p-CAD, предназначенный для разводки печатных плат). Более сложные ключи внутри себя содержат некое «тело», используемое в работе приложения. «Выкусить» его из приложения без исходных кодов программы очень трудно, а снять копию с ключа может быть и технически невозможно. Есть, например, устройства энергонезависимой памяти (см. п. 6.5.3), которые не позволяют считать свое содержимое, но могут дать только результат сравнения — совпал приложенный ключ (многобитный) с записанным образцом или нет. При большой длине ключа (и небыстром обмене стакой памятью) перебор вариантов просто не успеет завершиться при жизни взломщика. Электронные ключи подключают к портам (СОМ или LPT) или шине USB; сетевые приложения могут использовать и сетевые

2.4. Периферийныеустройства 51

ключи — ключ должен быть подключен к одному из компьютеров локальной сети, на котором работает приложение (так, например, защищается популярный бухгалтерский пакет фирмы 1C). Конечный пользователь приобретает ключ у продавца защищаемого программного продукта. У производителя ключи («болванки») приобретают разработчики программного обеспечения, и именно они привязывают ключи к своей продукции. Говоря о ключах, вспомним о привязке ПОкконкретномукомпьютеру— этотметодзащитыодновремяиспользовалсядля недорогих продуктов. Суть его заключается в записи ключевой информации в какую-либоскрытуюобластьэнергонезависимойпамятикомпьютера— CMOS (см. п. 3.6.5) или на жесткий диск, или же привязка продукта к серийному номеру какого-либо компонента (процессора, винчестера и т. п.). Конечно же, защита условна— знаяскрытые, нодоступныеместахраненияинформации, скопировать ключ большого труда не составит. Этот способ некорректен, поскольку при обслуживаниикомпьютера, модернизации(заменеключевогоэлемента), ремонтаи вдругих ситуациях пользователь может лишиться законного праваиспользования продукта (к этому моменту поставщик «защищенного» ПО может уже стать недоступным). Крометого, дверазныепрограммымогутписатьсвойключводнои то же место — выживает последняя устанавливаемая. Электронные ключи этих недостатков не имеют — они не копируемы, но переносимы и, зачастую, «прозрачны»: ключ для СОМили LPT-порта является проходным, через него к порту может быть подключено обычное периферийное устройство или еще один ключ. На компьютере, где используют множество защищенных пакетов, можно увидеть целые гирлянды ключей. Конечно же, сложность (и связанная с ней стоимость) ключадолжнасоответствоватьзащищаемомупродукту— смешноставить противоугонное устройство за 500 долларов на детский велосипед (иногда и без педалей).

В системах, связанных с защитой данных от несанкционированного доступа, применяют различные средства аутентификации (подтверждения личности) пользователя. Когда простейших административных средств (введение имени и пароля) оказывается недостаточно, применяют, например, биометрические датчики. Эти датчики анализируют какие-либо неизменяемые (неподделываемые) признаки. Существуют, например, устройства, считывающие дактилоскопические отпечатки, для чего достаточно лишь приложить палец к специальной площадке. Такие устройства подключаются, как правило, к обычным интерфейсам (СОМ-

порт, USB).

Для промышленных и инструментальных компьютеров периферия (подключаемые объекты управления и наблюдения) содержат аналоговые и дискретные датчикииисполнительныеустройства. Дляихподключениявыпускаютразличные карты сопряжения (и отдельные устройства внешнего исполнения), содержащие аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи, порты ввода и вывода дискретных сигналов с различными параметрами. С помощью этих устройств и надлежащего программного обеспечения компьютер можно научить всему, чему угодно — от медицинской диагностики до управления военной и космической техникой.

52 Глава2. Устройствоперсональногокомпьютера

2.5. Карты, сокеты, слоты,

джамперы...

Для большей ясности дальнейшего изложения определим некоторые термины, относящиеся к аппаратным средствам современных компьютеров. Поскольку персональные компьютеры, увы, имеют иностранное происхождение (опала, в которую попала кибернетика в нашей стране, не позволила удержать приоритеты в этой области), приходится мириться с рядом иностранных слов, вошедших в технический русский язык в виде даже не всегда правильных транслитераций. Однако во многих случаях для профессионалов они понятнее, поскольку много информации по данной теме черпается из зарубежных, чаще англоязычных источников. Рассмотримвариантыназванийосновныхэлементовкомпьютера.

Системной платой (system board), или материнской платой (mother board),

называют основную печатную плату, на которой устанавливается процессор, оперативная память, ROM BIOS и некоторые другие системные компоненты (см. главу 4).

Картой (платой) расширения (expansion card) называют печатную плату с краевым разъемом, устанавливаемую в слот расширения. Карты расширения, привносящие в PC какой-либо дополнительный интерфейс, называют интерфейсными картами (interface card). Поскольку интерфейсная карта представляет собой «приспособление» для подключения какого-либо устройства, к ней применимо и название адаптер (adapter). К примеру, дисплейный адаптер (display adapter) служит для подключения дисплея-монитора. Названия «интерфейсная карта», «адаптер» и «контроллер» зачастую считаются синонимами, хотя адаптеры и контроллеры могут размещаться и на системной плате, а разница между ними пояснялась в главе 1. Рисунки 2.6 и 2.7 иллюстрируют легкую различимость карт ISA, PCI, AGP и VLB по виду и расположению краевых разъемов. Допустимая длина карты может быть ограничена особенностями корпуса и компоновкой элементов системной платы (иногда ее установке мешают высокие элементы). Максимальная длина карты расширения составляет 335 мм, при этом ее передний край должен входить в направляющие полозья, установленные накорпусе. Полную длину и высоту (full size) имеют только очень старые или достаточно сложные адаптеры. Большинство адаптеров короче и ниже, встречаются и фигурно вырезанныеплаты— этимэкономитсярасходуемыйматериал.

Слот (slot) — это щелевой разъем, в который устанавливается какая-либо печатная плата. Слот расширения (expansion slot) в PC представляет собой разъем системной шины в совокупности с прорезью в задней стенке корпуса компьютера — то есть посадочное место для установки карты расширения. Слоты расширения имеют разъемы шин ISA/EISA, PCI, AGP, MCA, VLB или PC Card (PCMCIA), о которых подробно рассказано в главе 12. Внутренние слоты используются и для установки модулей оперативной памяти (DIMM), кэшпамяти (COAST), процессоров (Pentium II/III, Athlon), а также процессорных модулейимодулейпамятивнекоторыхмоделяхPC.

У карт PCI и AGP, в отличие от ISA/EISA и VLB, компоненты (микросхемы и другиедетали) расположеныналевойсторонепечатнойплаты(нарис. 2.6 и

2.7 платы изображены со стороны компонентов). Для экономии места на системной плате используют так называемый разделяемый слот (Shared Slot). На самом деле это разделяемое окно на задней стенке корпуса, которое может использоваться либо картой ISA, либо картой PCI. Таким образом, максимальное суммарное количество доступных адаптеров оказывается на единицу меньшим, чем видимое количество слотов.

Рис. 2.6. КартырасширенияISA иVLB

Рис. 2.7. КартырасширенияPCI иAGP

54 Глава2. Устройствоперсональногокомпьютера

Сокет (socket) представляет собой гнездо, в которое устанавливаются микросхемы. Его контакты рассчитаны на микросхемы со штырьковыми выводами в корпусах DIP, PGA во всех модификациях или же микросхемы в корпусах SOJ и PLCC с выводами в форме буквы «J». Сокет ZIF-Socket (Zero Insertion Force — с

нулевым усилием вставки) предназначен для легкой установки при высокой надежности контактов. Эти гнезда имеют замок, открыв который можно установить или изъять микросхему без приложения усилия к ее выводам. Для работы после установки замок закрывают, при этом контакты сокета плотно обхватывают выводы микросхемы.

Джампер (jumper) представляет собой съемную перемычку, устанавливаемую на торчащие из печатной платы штырьковые контакты (рис. 2.8, а). Джамперы используются для конфигурирования различных компонентов как выключатели или переключатели, для которых не требуется оперативного управления. Джамперы переставляют с помощью пинцета, что рекомендуется делать только при выключенном питании, поскольку есть опасность их уронить в неподходящее место или закоротить пинцетом близко расположенные контакты.

ON1 2 3 4 5 6 7

OFF

аб

Рис. 2.8. Аппаратныесредстваконфигурирования: а—джампер; б— DIP-переключатель

DIP-переключатели (DIP switches) представляют собой малогабаритные выключатели в корпусе DIP (рис. 2.8, б), применяемые для тех же целей, что и джамперы. Их преимущество в более легком переключении, которое удобно производить шариковой ручкой. Недостатком переключателей является большее, по сравнению с джамперами, занимаемое на плате место и более высокая цена. Кроме того, несмотря на название, они обычно являются только выключателями, что делаетихприменениеменеегибким, чемприменениеджамперов.

В современных компонентах стремятся сокращать количество переключателей или джамперов, стараясь переложить все конфигурационные функции на программно-управляемые электронные компоненты. Платы (карты), в которых удается изжить джамперы полностью (но которые требуют конфигурирования), называют jumperless cards — карты, свободные от джамперов. Компоненты, которые после установки конфигурируются автоматически, относят к классу РпР (Plug and Play — вставляй и играй).

Чип (chip) — это полупроводниковая микросхема, причем обычно неявно подразумевается ее функциональная сложность. В данной книге это слово больше не встретится — автору больше нравится слово «микросхема». Чипсет (chip set) — это «набор интегральных схем, при подключении которых друг к другу форми-